SINGUDA ENSIKOM
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014
ANALISIS KEDIP TEGANGAN AKIBAT PENGASUTAN MOTOR INDUKSI MENGGUNAKAN PROGRAM MATLAB (Aplikasi pada Bengkel Listrik Balai Besar Latihan Kerja (BBLKI) Medan) Sorganda Simbolon, Eddy Warman Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail:
[email protected]
Abstrak Penggunaan Motor Induksi pada Balai Pelatihan merupakan hal yang sangat penting karena tempat pembelajaran cara mengoperasikan Motor induksi. Pengoprasian beberapa motor induksi yang digunakan secara bersamaan ataupun secara bertahap mengakibatkan kendala saat pengasutannya, dimana ada perubahan tegangan dan frekuensi pada sistem tenaga listrik. Kedip tegangan adalah bukti nyata keadaan transient dari suatu tegangan sistem selama interval waktu tertentu yang diakibatkan oleh gangguan sistem karena pengasutan motor berkapasitas besar dan hubung singkat. Saat pengasutan motor listrik arus startingnya dapat mencapai 5-10 kali nilai nominalnya sehingga terjadi kedip tegangan. Kedip tegangan pada motor induksi rotor sangkar 5 hp, 220 V, 1440 rpm untuk percobaan dengan metode pengasutan Direct On Line (DOL) tegangan berkedip hingga 46,159% dengan arus start sebesar 16,879 A , enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 2,678 A . Untuk pengasutan StarDelta tegangan berkedip hingga 46,15% dengan arus start sebesar 9,745 A ,enam kali lebih besar dari arus normal yang besarnya 1,5447 A. Untuk pengasutan Autotrafo dengan tap 60% arus start sebesar 10 ampere, 70% arus start sebesar 11 ampere dan 80 % arus start sebesar 13 ampere, enam kali lebih besar dari arus normal dengan tegangan berkedip hingga 46,15% . Kata Kunci: Motor Induksi,Kedip Tegangan, DOL, Star – Delta, Autotrafo
1. Pendahuluan Seiring meningkatnya pertumbuhan pabrik, permintaan motor listrik yang berdaya besar juga meningkat karena motor kuda kerja pada pabrik. Namun kendala terjadi saat pengasutan, berubahnya tegangan dan frekuensi pada sistem tenaga listrik secara signifikan. Tegangan sistem yang mengalami fluktuasi menyebabkan munculnya fenomena kedip tegangan (Voltage Sag/Dip), yang berdampak langsung terhadap proses produksi serta kerusakan pada peralatan produksi dan menyebabkan kerugian [1]. Oleh karena itu saat menggunakan motor induksi 3 phasa arus startnya sangat besar, bisa mencapai 5 – 6 kali dari arus nominal motor [2].
Saat pengasutan motor induksi ada lonjakan arus besar berkisar lima hingga tujuh kali dari arus nominal yang terjadi dalam waktu yang sangat singkat, dan mengakibatkan jatuh tegangan sesaat (voltage dip). Fenomena seperti ini akan menyebabkan efek seperti : 1. Torsi yang transient akan menyebabkan stress (tekanan) pada sistem mekanisnya 2. Menghambat percepatan putaran motor menuju putaran nominal 3. Kegagalan kerja pada peralatan lain seperti Relai, Kontaktor dan efek lainnya [4].
2. Motor Induksi 3 Phasa Motor induksi adalah motor listrik arus bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, antara putaran rotor dengan putaran medan pada stator terdapat selisih putaran yang disebut slip [3].
Gambar 1. Grafik Karakteristik Torka pada motor induksi [4]. Dari Gambar 1 pada saat starting kondisi transient terjadi karena perubahan arus yang begitu signifikan mulai dari motor dihidupkan
copyright DTE FT USU 2014
75
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014
hingga motor berputar pada putarannya, dan dapat juga kita buktikan dari Gambar 2 rangkaian ekivalen motor induksi.
mulai
R1
I2
X1
I1
V1
Rc
Ic
Study Literatur
sX 2
I
Observasi
I2 E1
Xm Im
R2
sE 2
Pemilihan Komponen Rancangan Perencanaan Dasar Sistem Pengasutan Motor Induksi Pembuatan Bahasa program di Matlab grafik dari Pengasutan Motor Induksi
Gambar 2. Rankaian ekivalen Motor Induksi [5]. Saat diberi tegangan ke motor induksi muncullah medan magnet pada kutub medan yang ada di stator sehingga ada E1 (ggl lawan oleh fluks) pada stator. kemudian menuju ke konduktor rotor yang menghasilkan E2 pada rotor. sehingga didapatlah : =
th
th
in
=
=
e
(
1
+
e+
+ ( e
=
− ) ( + 2
1
m
(
1
1+ (
1)
+ 1+
2)
+
SELESAI Ya
m)
… … … . . (2) Gambar 3. Diagram Alir Pembuatan Tugas Akhir
… … … … … … . . (3)
Namun pada saat motor start E1 = 0 start
=
th e+ 2+ (
Hasil Sesuai Dengan Teori
… … … … … … (1)
m)
+
e
Tidak
Pembuatan Laporan
m
√3
Hasil Simulasi Program
e
+
2)
Ada beberapa jenis metode pengasutan motor induksi tiga phasa [5]. antara lain sebagai berikut: a. Pengasutan Dengan Metode DOL
… … … … … … (4)
Sedangkan Rumus untuk mendapatkan Kedip Tegangan adalah: s
=
(
M+
tot . ) ( + 2
th M
+
2)
… … … … … (5)
) sangat kecil Karena nilai dari ( + maka Ist sangat besar, dapat mencapau 5 7 kali Inominal sehingga untuk mengurangi Ist perlu diperkecil V1 dengan beberapa metode : a. DOL tengangan masukan sebesar Vin=V1 b. Stardelta tegangan masukan sebesar ⁄√3. c. Autotransformer metode tapping tegangan awal adalah 60%,70% dan 80% dari V1. 3. Metode Penelitian Pengasutan Motor Induksi Tiga Phasa. Gambar 3 merupakan diagram alir dari penulisan paper.
Gambar 4. Diagram Rangkaian Pengasutan dengan Metode DOL Untuk Gambar 4 pada Pengasutan dengan metode Direct On Line (DOL), motor induksi menarik arus yang besarnya 5 sampai 7 kali arus nominalnya, sehingga mengakibatkan kondisi transient pada tegangan. Namun setelah
copyright DTE FT USU 2014
76
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014
kecepatan putaran motor stabil maka arus akan berada pada kondisi nominalnya.
b. Pengasutan Dengan Metode StarDelta
Gambar 6. Diagram Rangkaian Pengasutan dengan Metode Autotrafo Untuk Gambar 6 pada Pengasutan dengan metode AutoTrafo, berfungsi mengurangi tegangan pengasutan pada motor. Metode pengasutan ini dilakukan dengan memasang autotrafo yang ditempatkan pada rangkaian primer (stator). pada saat pengasutan tegangan terminal dari motor dikurangi 60% sampai 80% dari tegangan penuh trafo. Hal ini dimaksudkan untuk membuat arus asut kecil. Setelah kecepatan motor induksi stabil, transformator tegangan diputuskan.
4. Perhitungan dan Analisis
Gambar 5. Diagram Rangkaian Pengasutan dengan Metode StarDelta Untuk Gambar 5 pada Pengasutan dengan metode StarDelta, berfungsi menurunkan tegangan yang dicatu ke motor saat stator motor terhubung dalam rangkaian bintang. Saat start, stator berada pada rangkaian bintang, arus motor hanya mengambil sepertiga dari arus motor seandainya motor di start dengan metode DOL. Berhubung torsi motor berbanding lurus dengan kuadratis dari tegangan, maka dengan demikian torsi motor pada rangkaian bintang juga hanya sepertiga dari torsi pada rangkaian delta. Pada pengasutan StarDelta tegangan pada statornya yaitu : line Vstator = Vphasa= ...................................(6) √
c. Pengasutan Dengan Metode Autotrafo
Data motor induksi rotor sangkar di BBLKI Medan dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Data Motor Induksi yang digunakan di BBLKI Medan ELINDO Squirel Cage Motor Output 5 hp Type ETM 132 s Pole 4 50 Hz
Phase 3
Volt 220/380
Ins. class A
Amp 14/8,1
Rotor C code G
RPM 1440
Rating Cont
Input 4585 Kw
6306 = 6305
Eff 0,814
Ser. No. 0,80085
Analisa yang dilakukan adalah membandingkan pengasutan motor induksi dengan metode pengasutan Direct on Line (DOL), StarDelta dan Autotrafo untuk mendapatkan data-data yang akan dianalisa. Percobaan pertama adalah pengasutan motor induksi dengan metode DOL, serta menganalisa dan membahas Tegangan Kedip dan Arus Start Pada Pengasutan DOL. Data hasil percobaan Metode DOL dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2. Data Hasil Percobaan Pengasutan Direct on Line Vin (Volt)
Vstator (Volt)
I (Ampere)
220
220
3,2
Analisa perhitungan : Untuk menghitung Kedip Tegangan s
=
(
copyright DTE FT USU 2014
M+
tot . ) ( + 2
th M
+
2)
77
SINGUDA ENSIKOM tot
| s| =
s
s
(
.
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014 V (Volt) 127 220
th
M + 2) + (
M+
2)
11,339 x 110,525
=
(−3,39 + 3,4574) + (−5,62596 + 16,21) 683,677
=
= 118,45
√112,02
Analisa perhitungan : Untuk menghitung tegangan StarDelta :
Untuk menghitung arus start : =
start
|
start|
start
start
=
=
e
+
2+
th (
e
s
2)
+
I (Ampere) 1,6 3,2
=
(
M
2)
+
tot . + (
tot
| s| =
(
M+
2)
kedip
pada
th 2)
M
+
.
th
+ (
2)
M+
th
(
e
+
2)
+(
e
+
2)
s
=
s
=
11,339 x 63,81 (−3,39 + 3,4574) + (−5,62596 + 16,21)
110,525 (−4,165559 + 3,4574) + (−9,69994 + 16,21)
683,677
= 68,378
√112,02
110,525 = = 16,879 6,548
Untuk menghitung arus start pada StarDelta : Dari Gambar 7 tegangan suplai ke motor 220 volt, namun tegangan yang masuk hanya sebesar 118,45 dengan Arus pengasutan motor induksi didapat sebesar 16,879 Ampere. Setelah motor bekerja stabil dengan tegangan 220 volt arus motor induksi yang terukur hanya sebesar 3,2 ampere membuktikan adanya lonjakan arus saat starting.
=
start
|
start|
start
start
=
=
=
e
+
(
e
2+
th (
e
2)
+
th
+
2)
+(
e
+
2)
63,81 (−4,165559 + 3,4574) + (−9,69994 + 16,21)
60,294 = 9,745 6,548
Gambar 7. Gelombang Tegangan dan Arus saat pegasutan Metode DOL Percobaan kedua adalah pengasutan motor induksi dengan metode StarDelta, serta menganalisa dan membahas Tegangan Kedip dan Arus Start Pada Pengasutan StarDelta. Data hasil percobaan Metode StarDelta dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Data hasil percobaan pengasutan StarDelta
Gambar 8. Gelombang Tegangan dan Arus saat pegasutan Metode StarDelta Pada Gambar 8 untuk pengasutan StarDelta tegangan awal yang diberi ke motor sebesar 127 volt, arus start sebesar 9,745 ampere sehingga tegangan berkedip sampai 68,387 volt. Sesaat setelah motor bekerja di tegangan 127 volt
copyright DTE FT USU 2014
78
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014
arusnya sebesar 1,6 ampere, membuktikan adanya lonjakan arus saat starting sebesar 6 kali arus normal.
pada 71,0535volt. Sesaat setelah motor bekerja di tegangan 132 volt arusnya sebesar 1,6 ampere, membuktikan adanya lonjakan arus saat starting sebesar 6 kali arus normal.
Percobaan ketiga adalah pengasutan motor induksi dengan metode Autotrafo, serta menganalisa dan membahas Tegangan Kedip dan Arus Start Pada Pengasutan Autotrafo dengan tap 60%, 70%, 80% dari tegangan suplai. Data hasil percobaan dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Data hasil percobaan pengasutan menggunakan autotransformator Vin (Volt)
Persentase Tegangan (%)
Vstator (Volt)
I (Ampere)
220 220 220
60 70 80
132 154 176
1,7 2 2,3
Gambar 9. Gelombang Tegangan dan Arus pada pegasutan Metode Autotrafo 60% Menghitung tegangan kedip Autotrafo 70% :
Analisa perhitungan : Menghitung tegangan kedip Autotrafo 60% : =
s
(
(
tot . + (
M+
2)
M
+
.
th
+ (
2)
2)
M+
s
=
752 = 71,077 √112,02
s
=
th e+ 2+ (
e
|
start
|
start|
start
start
=
e + 2) + (
e
=
=
th
+ (
M+
2)
+
2)
start
e
+
(
e
2+
th (
e
2)
+
th
+
2)
+(
e
+
2)
77,3776
=
(−4,165559 + 3,4574) + (−9,69994 + 16,21)
=
66,32
=
2)
.
877,3846 = 82,9286 √ 112,02
th
(
M+
2)
M+
11,339 x 77,3776
start|
2)
+
(
th
Menghitung arus start pada Autotrafo 70%:
Menghitung arus start pada Autotrafo 60%: =
tot . + (
(−3,39 + 3,4574) + (−5,62596 + 16,21)
start
start
2)
M+
tot
| s| =
(−3,39 + 3,4574) + (−5,62596 + 16,21)
=
(
th
11,339 x 66,32
=
s
2)
tot
| s| =
s
M+
=
s
77,3776 = 11,817 6,548
(−4,165559 + 3,4574) + (−9,69994 + 16,21)
=
66,32 = 10,12828 6,548
Pada Gambar 9 untuk pengasutan autotrafo tap 60% dari tegangan awal yang diberi ke motor adalah sebesar 132 volt, arus start sebesar 10,1281 sehingga tegangan berkedip sampai
copyright DTE FT USU 2014
79
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014
Gambar 10. Gelombang Tegangan dan Arus pada pegasutan Metode Autotrafo 70% Pada Gambar 10 untuk pengasutan autotrafo tap 70% tegangan awal yang diberi ke motor sebesar 154 volt, arus start sebesar 11,8162 sehingga tegangan berkedip sampai pada 82,8957volt. Menghitung tegangan kedip Autotrafo 80% : s
=
(
=
s
=
+
2)
tot . + ( tot
| s| =
s
M
(
M+
2)
th 2)
M
+
.
th
+ (
M+
2)
11,339 x 88,4285 (−3,39 + 3,4574) + (−5,62596 + 16,21) 1002,69 = 94,77228 √112,02
Menghitung arus start pada Autotrafo 80%: =
start
|
start|
start
start
=
=
=
e+
th ( + 2
e
2)
+
th
(
e + 2) + (
e
+
2)
88,4285 (−4,165559 + 3,4574) + (−9,69994 + 16,21)
88,4285 = 13,5 6,548
Pada Gambar 11 untuk pengasutan autotrafo tap 80% tegangan awal yang diberi ke motor sebesar 176 volt, arus start sebesar 13,5042 sehingga tegangan berkedip sampai pada 94,7379 volt.
Gambar 11. Gelombang Tegangan dan Arus pada pegasutan Metode Autotrafo 70%
5. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa dan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan : 1. Semakin besar tegangan sumber yang diberikan maka arus start semakin besar dan tegangan berkedip semakin besar. 2. Pengasutan motor induksi menggunakan metode DOL, StarDelta dan AutoTransform ketiganya mengalami kedip tegangan sebesar 46,159 % turun sebesar 53,84%. 3. Arus melonjak naik saat pengasutan menggunakan metode DOL mencapai 16,879 Ampere sedangkan saat motor bekerja arus hanya sebesar 2,678 ampere. terjadinya keadaan ini secara berulang dapat mengakibatkan rusaknya peralatan listrik. 4. Pengasutan menggunakan metode StarDelta lebih bagus karena dapat mengurangi arus mula dimana Arus mula 9,745. Untuk pengasutan Autotransform Arus mulanya sebesar 10,12828. 5. Secara komersil dan perawatan pengasutan secara Stardelta lebih baik dibanding dengan pengasutan menggunakan Autotrafo.
6. Daftar Pustaka [1] Pawawoi, Andi. "Analisis Kedip Tegangan (voltage sag) Akibat Pengasutan Moter Induksi Dengan Berbagai Metode Pengasitan, Studi kasus di PT. Abisiat", November 2009
copyright DTE FT USU 2014
80
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 7 NO. 2/Mei 2014
[2] Siswoyo, ”Teknik Listrik Industri”, Jilid Kedua, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Jakarta, 2008. [3] Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Edisi ke-5, Penerbit Gramedia, Jakarta, 1995. [4] http://www.scribd.com/doc/76751989/tugas2-Fenomena-Transien [5] Wijaya, Mochtar,”Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta , 2001.
copyright DTE FT USU 2014
81
